Proceso de atomización en pulvimetalurgia basado en tecnología de polvos satelitales

La atomización de gas de fusión de metal es un método importante para preparar polvos metálicos para la fabricación aditiva. Sin embargo, los polvos obtenidos mediante atomización de gas suelen mezclarse con una gran cantidad de polvo satélite, lo que tiene un efecto adverso en el proceso de fabricación aditiva de metal. En este artículo, el vórtice de polvo en la zona de recirculación se suprime aplicando un flujo de aire auxiliar y adoptando medidas de rectificación de gas, como la estructura de la cámara de atomización escalonada, controlando así la formación de polvo satélite.

La simulación numérica se llevó a cabo utilizando el software de dinámica de fluidos computacional ANSYS Fluent para estudiar las características del campo de flujo macroscópico en la cámara de atomización y la ley de cambio de la trayectoria del movimiento de partículas al aplicar un flujo de aire auxiliar o adoptar una estructura de cámara de atomización escalonada.

Los resultados muestran que cuando se aplica un flujo de aire auxiliar con una relación de niebla auxiliar (la relación de flujo del flujo de aire auxiliar al flujo de aire de atomización) mayor que 0,8 en la parte superior de la cámara de atomización a una distancia de R/2 (R es el radio de la cámara de atomización) desde el centro de la cámara de atomización, el vórtice de polvo en la zona de recirculación se puede suprimir de manera efectiva; la estructura de la cámara de atomización con un ancho de paso de 300 mm y una altura de 575-600 mm puede suprimir de manera efectiva el vórtice de polvo en la zona de recirculación. De acuerdo con los resultados de la simulación numérica, el polvo de aleación de titanio TC4 se preparó mediante medidas de rectificación de gas y se probaron la distribución del tamaño de partícula, la esfericidad y el índice de vegetación del polvo. Se encontró que el índice de vegetación se redujo en aproximadamente un 45% en comparación con el polvo preparado sin medidas de rectificación de gas.

La tecnología de fabricación aditiva es una de las tecnologías de fabricación más prometedoras en la actualidad. Subvierte el concepto de procesamiento tradicional y proporciona un amplio espacio de desarrollo para la tecnología de procesamiento futura. El polvo metálico es la materia prima más utilizada para la fabricación aditiva de metales. Sin embargo, en comparación con la tecnología de procesamiento tradicional basada en polvo, la tecnología de fabricación aditiva de metales tiene requisitos específicos para la distribución del tamaño de partícula, la pureza, la esfericidad y otros indicadores del polvo metálico. El polvo metálico utilizado para la pulverización térmica, la pulvimetalurgia y otros procesos no se puede utilizar directamente para la fabricación aditiva de metales. Por lo tanto, es necesario mejorar la tecnología de preparación de polvo metálico para cumplir con los requisitos de la fabricación aditiva de metales. La atomización de gas fundido de metal (GA) es uno de los principales procesos que se utilizan actualmente para preparar polvos metálicos para la fabricación aditiva.

Tiene las ventajas de un bajo costo, una amplia gama de aplicaciones y un alto rendimiento de polvo fino. Sin embargo, el polvo metálico preparado mediante el proceso tradicional de fabricación de polvo por atomización de gas a menudo contiene una gran cantidad de polvo satélite, es decir, un polvo defectuoso formado por varias partículas pequeñas de polvo adheridas a la superficie de partículas grandes de polvo. La presencia de polvo satélite reducirá la densidad aparente, la esfericidad y la fluidez del polvo metálico, lo que no favorece el proceso de colocación del polvo y tiene un impacto importante en el proceso de fabricación aditiva de metales (especialmente algunos procesos basados ​​en la tecnología de colocación de polvo).

Además, este polvo defectuoso es difícil de eliminar de manera efectiva por medios de tratamiento posteriores, por lo que es necesario controlar su formación desde la fuente. Según la investigación, la estructura cerrada de la cámara de atomización genera vórtices macroscópicos cerca de sus paredes laterales, a saber, recirculación de gas (GR), que arrastra algunas partículas de tamaño pequeño completamente solidificadas. La colisión entre las partículas de tamaño pequeño que se arremolinan en la zona de reflujo y las gotas de tamaño grande que no están completamente solidificadas en el flujo de aire de atomización ascendente es una de las principales razones para la formación de polvo satélite. Por lo tanto, tomar medidas de rectificación de gas para limitar el remolino de polvo causado por el reflujo se ha convertido en un medio eficaz para controlar la formación de polvo satélite a escala macro. En la actualidad, las medidas de rectificación de gas para el control del polvo satélite incluyen la aplicación de un flujo de aire auxiliar y la mejora de la estructura de la cámara de atomización. Sin embargo, la influencia de los parámetros de rectificación (como el caudal de aire auxiliar, el tamaño de la cámara de atomización, etc.) en las características del campo de flujo en la zona de recirculación y el movimiento de remolino del polvo no se ha estudiado sistemáticamente.